JP2012211554A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの燃焼室に対して複数の吸気ポートに共通な共通吸気通路に、燃焼室への吸気量を制御するスロットル弁がアクチュエータで駆動されるようにして配設され、共通吸気通路から分岐して複数の吸気ポートにそれぞれ接続される複数の分岐吸気通路の１つにスワール制御弁が配設される内燃機関において、機関出力の変化を緩和しつつスワール燃焼領域を拡大する。
【解決手段】制御ユニット３０は、スワール制御弁２４の閉弁状態および開弁状態の切換前後で機関出力がほぼ等しくなるスロットル開度とするように、アクチュエータ２３の作動を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも１つの燃焼室を有するエンジン本体の一部を構成するシリンダヘッドに、１つの燃焼室に対して複数の吸気ポートが前記燃焼室に通じ得るようにして相互に独立して設けられるとともに、それらの吸気ポートを個別に開閉し得る複数の吸気弁が開閉可能に配設され、複数の前記吸気ポートに共通な共通吸気通路に、前記燃焼室への吸気量を制御するスロットル弁がアクチュエータで駆動されるようにして配設され、前記共通吸気通路から分岐して複数の前記吸気ポートにそれぞれ接続される複数の分岐吸気通路の１つに、所定の機関運転条件をしきい値として開閉するスワール制御弁が配設される内燃機関に関する。

所定の機関回転数未満の低負荷時にはスワール制御弁を閉じることで燃焼室にスワール流を生じさせて燃焼効率を高め、所定の機関回転数以上の高負荷時には、スワール流による比較的大きな吸気抵抗に起因して充填効率が低下することを回避するために、スワール制御弁を開弁するようにした内燃機関が、特許文献１等で既に知られている。

特開２００６−２８３６１４号公報

ところで、スワール制御弁を閉弁状態から開弁状態に切換えると、吸気ポートでの吸気流速の変化や、燃焼状態の変化によって機関出力の差が生じる。このため、上記特許文献１で開示されたものでは、スワール制御弁の閉弁状態から開弁状態への切換前後で機関出力の変化が小さい機関回転数をしきい値として、スワール制御弁を開閉するようにしており、スワール燃焼領域を拡大することが難しい。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、機関出力の変化を緩和しつつスワール燃焼領域を拡大し得るようにした内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの燃焼室を有するエンジン本体の一部を構成するシリンダヘッドに、１つの燃焼室に対して複数の吸気ポートが前記燃焼室に通じ得るようにして相互に独立して設けられるとともに、それらの吸気ポートを個別に開閉し得る複数の吸気弁が開閉可能に配設され、複数の前記吸気ポートに共通な共通吸気通路に、前記燃焼室への吸気量を制御するスロットル弁がアクチュエータで駆動されるようにして配設され、前記共通吸気通路から分岐して複数の前記吸気ポートにそれぞれ接続される複数の分岐吸気通路の１つに、所定の機関運転条件をしきい値として開閉するスワール制御弁が配設される内燃機関において、前記スワール制御弁の閉弁状態および開弁状態の切換前後で機関出力がほぼ等しくなるスロットル開度とするように、前記アクチュエータの作動を制御する制御ユニットを備えることを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記制御ユニットは、前記スワール制御弁の閉弁時の出力特性マップならびに前記スワール制御弁の開弁時の出力特性マップを有し、前記スワール制御弁の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が増大するときには、前記スワール制御弁の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁を閉じる側に前記アクチュエータの作動を制御することを第２の特徴とする。

本発明は、第２の特徴の構成に加えて、前記制御ユニットは、前記スワール制御弁の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記スワール制御弁の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁を緩やかに開弁せしめるように前記アクチュエータの作動を制御することを第３の特徴とする。

本発明は、第１〜第３の特徴の構成のいずれかに加えて、複数の前記吸気ポートのうち前記スワール制御弁が配設されている吸気ポート以外の吸気ポートの負圧で作動するようにして前記スワール制御弁を開閉駆動する負圧ダイヤフラムと、該負圧ダイヤフラムへの負圧の作用を制御するソレノイド弁とを備えることを第４の特徴とする。

本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記制御ユニットは、前記スワール制御弁の閉弁時の出力特性マップならびに前記スワール制御弁の開弁時の出力特性マップを有し、前記スワール制御弁の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が低下するときには、前記スワール制御弁の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁を開く側に前記アクチュエータの作動を制御することを第５の特徴とする。

本発明は、第５の特徴の構成に加えて、前記制御ユニットは、前記スワール制御弁の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記スワール制御弁の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁を緩やかに閉弁せしめるように前記アクチュエータの作動を制御することを第６の特徴とする。

さらに本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記制御ユニットは、前記スワール制御弁が閉じた状態での出力特性マップならびに前記スワール制御弁が閉じた状態での出力特性マップを有し、前記スワール制御弁を開弁状態から閉弁状態に切換えるときには、その切換え前の機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁が閉じた状態で得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記アクチュエータの作動を制御することを第７の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、スワール制御弁の閉弁状態および開弁状態の切換前後で機関出力がほぼ等しくなるスロットル開度とするように、スロットル弁を駆動するアクチュエータの作動を制御ユニットで制御するので、同一のスロットル開度ではスワール制御弁の開閉前後で機関出力の変化が大きくなるような領域までスワール燃焼領域を拡大しても、機関出力が大きく変化するのを抑え、スワール制御弁の開閉による出力変化を低減することができる。

また本発明の第２の特徴によれば、スワール制御弁を開弁する際に、同一スロットル開度では機関出力が増大するときには、スロットル弁を閉じる側に制御することでスワール制御弁の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力が得られるようにして、スワール制御弁の開弁による出力変化をより低減することができる。

本発明の第３の特徴によれば、スワール制御弁の開弁後には、該スワール制御弁を開弁したときのスロットル開度となるまで前記スロットル弁を緩やかに開弁せしめるので、元のスロットル開度まで違和感なく復帰することができる。

本発明の第４の特徴によれば、スワール制御弁を負圧ダイヤフラムで駆動し、負圧ダイヤフラムへの負圧の作用をソレノイド弁で制御するようにして、スワール制御弁の駆動機構を低コストで構成することができる。

本発明の第５の特徴によれば、スワール制御弁を開弁する際に、同一スロットル開度では機関出力が低下するときには、スロットル弁を開く側に制御することでスワール制御弁の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力が得られるようにして、スワール制御弁の開弁による出力変化をより低減することができる。

本発明の第６の特徴によれば、スワール制御弁の閉弁状態から開弁状態への切換時にスロットル弁を開く側に制御した際に、スワール制御弁の開弁後には、該スワール制御弁を開弁したときのスロットル開度となるまで前記スロットル弁を緩やかに閉弁せしめるので、元のスロットル開度まで違和感なく復帰することができる。

さらに本発明の第７の特徴によれば、スワール制御弁を閉弁する際に、その切換前の機関出力と同等の機関出力がスワール制御弁の閉弁状態で得られるスロットル開度を制御するので、スワール制御弁の閉弁による出力変化を低減することができる。

内燃機関の要部を示す断面図である。 内燃機関の出力特性を示す図である。 同一スロットル開度でのスワール制御弁の開閉による機関出力変化を示す図である。 スワール制御弁を閉弁状態から開弁状態に切換えたときにスロットル開度を変化させなかったときの機関出力の機関経過を示す図である。 スワール制御弁の開弁時の出力特性マップの一例を示す図である。 スワール制御弁を閉弁状態から開弁状態に切換えたときにスロットル開度を変化させたときの機関出力の機関経過を示す図である。

本発明の実施の形態について添付の図１〜図６を参照しながら説明すると、先ず図１において、この内燃機関は、たとえば自動二輪車に搭載されるものであり、少なくとも１つ（この実施の形態では１つ）の燃焼室１０を有する機関本体１１の一部を構成するシリンダヘッド１２には、複数たとえば２つの吸気ポート１３Ａ，１３Ｂが前記燃焼室１０に通じ得るようにして相互に独立して設けられるとともに、それらの吸気ポート１３Ａ，１３Ｂを個別に開閉し得る複数たとえば２つの吸気弁１５Ａ，１５Ｂが開閉可能に配設される。また前記シリンダヘッド１２には、前記燃焼室１０に通じ得る２つの分岐路１４ａ，１４ｂを有する単一の排気ポート１４が設けられるとともに、前記両分岐路１４ａ，１４ｂを個別に開閉し得る２つの排気弁１６Ａ，１６Ｂが開閉可能に配設される。

前記シリンダヘッド１２には、インシュレータ１７を介してインレットパイプ１８が結合され、該インレットパイプ１８には、燃焼室１０への吸気量を制御するスロットル弁２０を有するスロットルボディ１９が結合される。而してインレットパイプ１８の上流側および前記スロットルボディ１９には、２つの前記吸気ポート１３Ａ，１３Ｂに共通な共通吸気通路２１が形成され、電動モータ等のアクチュエータ２３で駆動される前記スロットル弁２０が前記共通吸気通路２１に配設され、前記共通吸気通路２１から分岐して２つの前記吸気ポート１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ接続される２つの分岐吸気通路２２Ａ，２２Ｂが、前記インレットパイプ１８の下流側および前記インシュレータ１９に形成される。また前記スロットルボディ１９には、前記スロットル弁２０の開度すなわちスロットル開度を検出するスロットル開度センサ３１が取付けられる。

２つの前記分岐吸気通路２２Ａ，２２Ｂの一方２２Ａを開閉するスワール制御弁２４が、前記インレットパイプ１８に配設されており、このスワール制御弁２４が負圧ダイヤフラム２５で駆動される。ところで前記負圧ダイヤフラム２５の負圧作用室２６には、ソレノイド弁２７を介してバキュームタンク２８が接続され、前記両分岐吸気通路２２Ａ，２２Ｂのうち前記スワール制御弁２４が配設されていない側の分岐吸気通路２２Ｂに連なる吸気ポート１３Ｂが逆止弁２９を介して前記バキュームタンク２８に接続される。而して前記ソレノイド弁２７は、前記負圧作用室２６にバキュームタンク２８内の負圧すなわち吸気ポート２２Ｂの負圧を作用せしめる状態と、前記負圧作用室２６に大気圧を作用せしめる状態とを切換え可能であり、負圧作用室２６に負圧が導入されている状態で負圧ダイヤフラム２５はスワール制御弁２４を開弁駆動し、負圧作用室２６に大気圧が作用している状態で負圧ダイヤフラム２５はスワール制御弁２４を閉弁駆動する。

而して前記スワール制御弁２４の開閉を切換える前記ソレノイド弁２７の作動は制御ユニット３０で制御され、前記アクチュエータ２３の作動も前記制御ユニット３０で制御される。

ところで、スロットル開度をその大きい方から順にＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４，ＴＨ５（ＴＨ１＞ＴＨ２＞ＴＨ３＞ＴＨ４＞ＴＨ５）の５種類とし、スワール制御弁２４を開弁状態としたときの各スロットル開度での機関出力は、図２の太線で示すように機関回転数に応じて変化し、スワール制御弁２４を閉弁状態としたときの各スロットル開度での機関出力は図２の細線で示すように機関回転数に応じて変化するものである。而して同一のスロットル開度、たとえばスロットル開度ＴＨ２では、図３で示すように、太線および細線が交差する機関回転数でスワール制御弁２４を開閉すると、スワール制御弁２４の開閉前後で機関出力が変化することはなく、従来のものでは、そのような機関回転数近傍の値Ｎ１をしきい値としてスワール制御弁２４を開閉制御している。

しかるにスワール燃焼領域を拡大すべく、図３で示すように、スワール制御弁２４の開閉を切換えるしきい値を、前記機関回転数Ｎ１よりも大きな機関回転数Ｎ２に定め、その機関回転数Ｎ２でスワール制御弁２４を閉弁状態から開弁状態に切換えると、その切換によって、スロットル開度が一定のままでは機関出力に差が生じてしまい、機関出力は図４で示すようにスワール制御弁２４の開弁時に大きくジャンプするように変化し、出力変化が生じてしまう。

前記制御ユニット３０は、所定の機関運転条件として前記スワール領域を拡大し得る前記機関回転数Ｎ２をしきい値として、前記スワール制御弁４２を開閉するように前記ソレノイド弁２７の作動を制御するものであり、そのスワール制御弁４２の閉弁状態および開弁状態の切換前後で機関出力がほぼ等しくなるスロットル開度とするように、前記アクチュエータ２３の作動が前記制御ユニット３０で制御される。

ところで制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４の開弁時の出力特性マップを図５で示すように予め有しており、前記スワール制御弁２４の閉弁時の出力特性マップも、同様に有している。而してあるスロットル開度ＴＨＡでのスワール制御弁２４の閉弁状態では図５において破線で示す曲線で機関出力が変化するものとしたときに、しきい値Ｎ２で閉弁状態から開弁状態に切換えると、スロットル開度ＴＨＡをそのままとしたときには、図５のポイントＰ１からポイントＰ２に機関出力が増大してしまう。

そこで制御ユニット３０は、スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が増大するときには、前記スワール制御弁２４の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁２０を閉じる側に前記アクチュエータ２３の作動を制御する。而して図５にあっては、ポイントＰ１での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４の開弁状態で得られるのはポイントＰ３であり、このポイントＰ３では前記スロットル開度ＴＨＡよりも小さなスロットル開度ＴＨＢとなっており、このスロットル開度ＴＨＢを目標スロットル開度として、前記制御ユニット３０はアクチュエータ２３の作動を制御することになる。

また前記制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記スワール制御弁２４の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁２０を緩やかに開弁せしめるように前記アクチュエータ２３の作動を制御するものであり、図５では、ポイントＰ３からポイントＰ２へと緩やかに変化することになる。

またスワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が低下するときもあり、そのような場合、前記制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁２０を開く側に前記アクチュエータ２３の作動を制御する。

またスワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に前記スロットル弁２０を開く側に制御した際に、前記スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁２０を緩やかに開弁せしめるように前記アクチュエータ２３の作動を制御する。

さらに前記スワール制御弁２４を開弁状態から閉弁状態に切換えるときには、その切換え前の機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４が閉じた状態で得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記制御ユニット３０は、前記アクチュエータ２３の作動を制御する。

次にこの実施の形態の作用について説明すると、スロットル弁２０を駆動するアクチュエータ２３の作動を制御する制御ユニット３０は、スワール制御弁２４の閉弁状態および開弁状態の切換前後で機関出力がほぼ等しくなるスロットル開度とするように、前記アクチュエータ２３の作動を制御するので、同一のスロットル開度ではスワール制御弁２４の開閉前後で機関出力の変化が大きくなるような領域までスワール燃焼領域を拡大しても、機関出力が大きく変化するのを抑え、スワール制御弁２４の開閉による出力変化を低減することができる。

また制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４の閉弁時の出力特性マップならびに前記スワール制御弁２４の開弁時の出力特性マップを有し、前記スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が増大するときには、前記スワール制御弁２４の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁２０を閉じる側に前記アクチュエータ２３の作動を制御するので、図６で示すように、スワール制御弁２４の開弁による出力変化をより低減することができる。

しかも制御ユニット３０は、スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に前記スロットル弁２０を閉じる側に制御した際に、前記スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記スワール制御弁２４の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁２０を緩やかに開弁せしめるように前記アクチュエータ２３の作動を制御するので、元のスロットル開度まで違和感なく復帰することができる。

また制御ユニット３０は、スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が低下するときには、前記スワール制御弁２４の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁２０を開く側に前記アクチュエータ２３の作動を制御するので、スワール制御弁２４の開弁による出力変化をより低減することができる。

またスワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換時に前記スロットル弁２０を開く側に制御した際に、前記スワール制御弁２４の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁２０を緩やかに閉弁せしめるように前記アクチュエータ２３の作動を制御するので、元のスロットル開度まで違和感なく復帰することができる。

また制御ユニット３０は、前記スワール制御弁２４を開弁状態から閉弁状態に切換えるときには、その切換え前の機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁２４が閉じた状態で得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、アクチュエータ２３の作動を制御するので、スワール制御弁２４の閉弁による出力変化を低減することができる。

さらにスワール制御弁２４は、負圧ダイヤフラム２５で駆動されるものであり、この負圧ダイヤフラム２５への負圧の作用はソレノイド弁２７で制御されるので、スワール制御弁２４の駆動機構を低コストで構成することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

１０・・・燃焼室
１１・・・機関本体
１２・・・シリンダヘッド
１３Ａ，１３Ｂ・・・吸気ポート
１５Ａ，１５Ｂ・・・吸気弁
２０・・・スロットル弁
２１・・・共通吸気通路
２２Ａ，２２Ｂ・・・分岐吸気通路
２３・・・アクチュエータ
２４・・・スワール制御弁
２５・・・負圧ダイヤフラム
２７・・・ソレノイド弁
３０・・・制御ユニット

Claims (7)

1. 少なくとも１つの燃焼室（１０）を有する機関本体（１１）の一部を構成するシリンダヘッド（１２）に、１つの燃焼室（１０）に対して複数の吸気ポート（１３Ａ，１３Ｂ）が前記燃焼室（１０）に通じ得るようにして相互に独立して設けられるとともに、それらの吸気ポート（１３Ａ，１３Ｂ）を個別に開閉し得る複数の吸気弁（１５Ａ，１５Ｂ）が開閉可能に配設され、複数の前記吸気ポート（１３Ａ，１３Ｂ）に共通な共通吸気通路（２１）に、前記燃焼室（１０）への吸気量を制御するスロットル弁（２０）がアクチュエータ（２３）で駆動されるようにして配設され、前記共通吸気通路（２１）から分岐して複数の前記吸気ポート（１３Ａ，１３Ｂ）にそれぞれ接続される複数の分岐吸気通路（２２Ａ，２２Ｂ）の１つに、所定の機関運転条件をしきい値として開閉するスワール制御弁（２４）が配設される内燃機関において、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態および開弁状態の切換前後で機関出力がほぼ等しくなるスロットル開度とするように、前記アクチュエータ（２３）の作動を制御する制御ユニット（３０）を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御ユニット（３０）は、前記スワール制御弁（２４）の閉弁時の出力特性マップならびに前記スワール制御弁（２４）の開弁時の出力特性マップを有し、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が増大するときには、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁（２４）の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁（２０）を閉じる側に前記アクチュエータ（２３）の作動を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
3. 前記制御ユニット（３０）は、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記スワール制御弁（２４）の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁（２０）を緩やかに開弁せしめるように前記アクチュエータ（２３）の作動を制御することを特徴とする請求項２記載の内燃機関。
4. 複数の前記吸気ポート（１３Ａ，１３Ｂ）のうち前記スワール制御弁（２４）が配設されている吸気ポート（１３Ａ）以外の吸気ポート（１３Ｂ）の負圧で作動するようにして前記スワール制御弁（２４）を開閉駆動する負圧ダイヤフラム（２５）と、該負圧ダイヤフラム（２５）への負圧の作用を制御するソレノイド弁（２７）とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記制御ユニット（３０）は、前記スワール制御弁（２４）の閉弁時の出力特性マップならびに前記スワール制御弁（２４）の開弁時の出力特性マップを有し、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態から開弁状態への切換時に同一スロットル開度では機関出力が低下するときには、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態での機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁（２４）の開弁状態でも得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記スロットル弁（２０）を開く側に前記アクチュエータ（２３）の作動を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
6. 前記制御ユニット（３０）は、前記スワール制御弁（２４）の閉弁状態から開弁状態への切換後には、前記スワール制御弁（２４）の開弁時のスロットル開度となるまで前記スロットル弁（２０）を緩やかに閉弁せしめるように前記アクチュエータ（２３）の作動を制御することを特徴とする請求項５記載の内燃機関。
7. 前記制御ユニット（３０）は、前記スワール制御弁（２４）が閉じた状態での出力特性マップならびに前記スワール制御弁（２４）が閉じた状態での出力特性マップを有し、前記スワール制御弁（２４）を開弁状態から閉弁状態に切換えるときには、その切換え前の機関出力と同等の機関出力をスワール制御弁（２４）が閉じた状態で得られるスロットル開度を目標スロットル開度として、前記アクチュエータ（２３）の作動を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関。

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